机床用永磁直线同步电机推力波动的优化设计

永磁直线同步电机正在越来越广泛应用在高精度数控机床上.推力波动是影响机床系统运动精度和定位精度的主要因素.因此减小推力波动是永磁直线同步电机优化设计的重要任务.以一台有铁心PMLSM为例,首先对端部效应力,齿槽效应力分别加以分析,通过优化初级长度,优化两个端部齿的形状,优化绕组形式,优化次级磁钢偏斜角度,并用Ansoft进行仿真,比较切向力和法向力的波动变化,最终以优化后的参数制作了验证样机.     

永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。     

永磁同步直线电机电磁推力的谐波分量

分析矢量控制时，端部效应对永磁同步直线电机电磁推力谐波分量的影响，通过直线电机和旋转电机的实验数据比较，证明了理论分析的正确。     

无槽圆筒永磁直线同步电机推力波动的解析模型及抑制方法EI北大核心CSCD

无槽圆筒型永磁直线同步电机(slot-less tubular permanent magnet linear synchronous machine,STPMLSM)既避免了齿槽结构引起的齿槽力,又解决了初级铁心加工困难的问题,其推力波动主要来源是初级铁心端部效应和三相绕组电感不对称,介于齿槽结构与空心结构之间,推力波动的准确计算是此类电机设计与优化的关键。建立考虑初级端部效应的STPMLSM精确子域解析模型,能够快速计算空载与负载工况下的气隙磁密与推力波动,保证计算结果的准确性和高效性。基于该解析模型,提出初级铁心长度、三相绕组位置及匝数分配的综合优化方法,有效降低STPMLSM的负载推力波动,样机的推力波动从11.04%降到2.78%。最后,有限元模型和样机实验验证精确子域解析法及优化方案的正确性。     

双三相永磁直线同步电动机的运行特性研究

针对永磁直线同步电机推力波动大的明显缺点,提出了一种新型的双三相永磁直线同步电机,完成了双三相永磁直线同步电机在d-q坐标系下的数学建模,重点研究了双三相永磁直线同步电机的运行特性,最后通过Ansoft有限元方法(FEM)进行了验证,仿真实验证明了理论的正确性,研究结果为双三相永磁直线同步电机设计理论及控制策略有着指导意义。     

基于BP神经网络的直线电机推力波动抑制研究

永磁同步直线电机(PMSLM)的齿槽效应和端部效应所产生的定位力是引起推力波动的主要原因,而推力波动是影响其速度平稳性的重要因素之一,抑制由定位力引起的推力波动是伺服控制器设计中必须考虑的问题.此处建立了定位力数学模型,提出了一种基于BP神经网络的推力波动抑制策略.仿真和实验结果均表明该抑制策略的正确性及有效性.     

分段供电双三相永磁同步直线电机电流解耦与扰动抑制

为减少电机输入端电压和驱动变流器容量,长定子永磁同步直线电机常采用定子分段方式供电,但是定子分段永磁同步直线电机会产生定子电感不平衡并导致电流耦合、动子过分段造成反电动势扰动和推力波动等问题。首先,推导了分段供电双三相直线电机电流控制环中电感不平衡导致的电流耦合和反电动势扰动的表达式,设计了一种反馈解耦补偿器对电流进行解耦,采用动态相对增益矩阵（DRGA）对参数失配下的解耦程度进行分析。在此基础上,设计一种二阶滑模扰动观测器,对由过分段导致的反电动势扰动与电机参数失配进行补偿,增强了电流环的抗扰特性,实现了精确的电流跟踪,有效降低了电机的推力波动。实验结果验证了电流解耦与扰动抑制有效性。     

永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

双三相永磁同步电机电磁性能解析计算

采用傅里叶级数法计算表贴式双三相永磁同步电机的电磁性能。解析模型建立在二维极坐标下,求解区域划分为槽、槽开口、气隙和永磁体四类子域。以矢量磁位为求解变量,在槽开口和气隙子域建立拉普拉斯方程,在槽和永磁体子域建立泊松方程,根据分离变量法求解偏微分方程,并利用各子域之间的边界条件得到谐波系数。解析模型考虑了径向/平行/Halbach等多种充磁方式,内/外永磁转子结构,适用于隔齿绕/全齿绕两种形式的分数槽集中绕组,可用于计算电机空载磁场、电枢反应磁场和负载磁场。在解析模型的基础上,求解了齿槽转矩以及两种分数槽集中绕组连接方式下的空载反电动势和电磁转矩。与有限元结果相比较,表明了解析方法的准确性。     

动圈式永磁同步直线电动机电磁推力波动分析

主要对动圈式永磁直线电动机进行推力波动分析,通过使气隙磁场波形和输入电流接近正弦波等措施降低电磁推力波动。利用ANSYS软件针对具体项目进行电磁推力波动优化设计,削弱电磁推力波动。     

基于场定向控制方式减小永磁直线同步电机推力波动

由于边端效应和齿槽效应,永磁直线同步电机在运行中存在推力波动问题。该文在有限元分析的基础上,利用傅里叶级数进行非线性分析,得到电机的磁阻力和位移的关系表达式,采用场定向控制的方法对电流环电流进行实时补偿,从而达到消除推力波动的目的。实验结果表明在对电流进行补偿后,推力波动和速度波动较小,基本稳定在给定值。     

绕组开路故障下的双三相永磁同步电机容错控制

针对汽车方向盘电动助力转向系统可靠性问题,基于双三相永磁同步电机(PMSM)研究了绕组开路故障下的容错控制策略。以一相绕组开路为例,通过推导出电机绕组开路时的坐标变换矩阵,建立了故障下的双三相PMSM d-q轴坐标系数学模型。在对电压方程进行解耦变换的基础上,设计了结合前馈补偿的电流调节器架构,研究了定子总铜耗最小的容错控制策略。仿真结果表明,所研究的控制策略改善了双三相PMSM绕组缺相后的运行性能。     

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力.首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切...     

减小永磁同步电动机电磁转矩脉动方法

针对表贴式永磁同步电动机自身结构的特点,简述了永磁同步电动机产生转矩脉动的原因.从电机设计着手,分析永磁体的充磁方式、永磁体宽度、偏心距、不同极弧系数组合以及极槽配合对纹波转矩和齿槽转矩的影响.以一台永磁同步电动机为例,运用有限元软件Maxwell 2D分析这些情况下的转矩脉动.     

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素.提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿.针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性.实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3％,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3 μm.     

永磁同步直线电动机磁场和推力波动分析及实验研究

直线电动机存在由端部效应、齿槽效应和法向吸力引起的推力波动,对电动机动态稳定性和伺服控制性能产生较大的影响。利用等效磁化电流和许-可变换求解电动机的磁场分布,并采用ANSYS进行仿真分析验证,采用对电动机初级铁心长度优化的方法降低推力波动。实验表明,推力波动实验值与分析基本一致,证明了提出的磁场分析方法和优化设计的有效性。     

永磁同步直线电机性能分析

使用自主开发的永磁同步直线电机试验平台,对国产永磁同步直线电机进行电机气隙与推力、相电流关系试验、伺服刚度试验和重复定位精度试验。通过对国产永磁同步直线电机与科尔摩根同类直线电机的速度跟踪、反电势试验分析,得出该直线电机的主要性能指标已接近或达到科尔摩根同类直线电机的水平。     

永磁同步直线电机的鲁棒PID控制

针对永磁同步直线电机(PMSLM)强耦合、非线性的特点,首先对其d-q模型进行处理,采用id=0的控制策略对模型进行简化,得到了一个SISO的频域模型;然后利用H∞控制理论派生出的闭环增益成形方法,对PMSLM的频域模型设计了一个鲁棒控制器,其算法非常简单,而且是一个PID算法。为了验证该控制器的性能,以dSPACE公司的数字信号处理器(DSP)控制卡DS1102为主控单元,设计了一套PMSLM的试验系统。从试验结果可知,系统在参数摄动和外部扰动的作用下都能保持快速响应和优良的跟踪性能,反映出该控制器具有良好的运行性能和鲁棒性。